陸東煤礦C16-2 煤層礦壓顯現規律實測分析

王 偉

（云南省恩洪煤礦，云南 曲靖 655005）

云南省煤礦數量眾多，但多為生產能力不高的小型礦井，對煤礦的科研投入較少，特別是對采煤工作面礦壓規律研究基本空白，工作面安全狀況較差。本文將對陸東煤礦C16-2煤層216-204W 回采工作面進行礦壓觀測，采用現代觀測手段，研究恩洪礦區C16-2煤層礦壓顯現規律，不僅對陸東煤礦及恩洪礦區內其他工作面開采的頂板管理提供借鑒，而且為機械化改造支架選型，三機配套等機械化開采提供科學依據。

1 工作面開采技術條件

陸東煤礦C16-2煤層頂底板條件相對較差，同時由于井田內構造相對復雜，斷層數量密集，進一步破壞了頂底板的結構，從而造成頂底板穩定性較差，經實測C16-2煤層直接頂隨采隨落，屬1 類不穩定頂板，底板分類為極軟弱底板。煤層頂底板巖性特征見表1。

表1 C16-2 煤層頂底板巖性特征

216-204W 回采工作面位于礦井+1770m 水平東翼采區，是一次采全高回采工作面，開采C16-2煤層，工作面走向長250m，平均傾向長131m，平均采高2m，工業儲量5.87 萬噸，可采儲量5.58 萬噸，工作面標高（m）+1730-1760m；工作面采用走向長綜采采煤方法，全部垮落法管理頂板，落煤方式為機械落煤，循環進度1.0m，工作面選用ZDL3200-1.4/2.2 型液壓支架，支撐高度為1.4～2.2m；該支架支護強度0.68MPa，初撐力2500kN，工作阻力3200kN，泵站工作壓力為30MPa，支架中心距1.5m，支架移架步距0.6m。

2 工作面礦壓觀測方案

該方案擬在陸東煤礦216-204W 采煤工作面及回采巷道內布置觀測區，對工作面頂板垮落、超前支承壓力及巷道圍巖變形進行礦壓觀測，從而得出該區域內礦壓顯現規律。

2.1 觀測方案的設計

工作面測區布置：采煤工作面設上、中、下三個測區。中部測區受兩端煤柱及開采情況影響較小，其礦壓顯現量最具代表性，故為重點測區，上、下兩個測區距區段平巷護巷煤柱的距離大于15m，分別設置1 條測線。

區段平巷測站布置：分別在工作面運輸平巷和回風平巷的超前支護范圍內設置超前支承壓力觀測區、在回風平巷靠近停采線方向設置巷道圍巖變形觀測區。

工作面及巷道觀測區布置如圖1 所示。

圖1 工作面、巷道觀測區布置

2.2 觀測內容及方法

采用SY-40 型單體支柱工作阻力檢測儀來檢測單體支柱工作阻力；工作面頂底板移近量用鋼卷尺直接測量，采用鐵錘將400～600mm 長的六棱釬分別打入頂板和底板作為基點；活柱下縮量的觀測一般與頂底板移近量的觀測同時進行。

回采巷道超前支承壓力觀測以最外側一排單體支柱為觀測線（進回風巷各安裝一個），每回撤一排柱觀測一次，直至該觀測線回撤為止，然后又以最外側單體支柱重新設置觀測線，觀測到停采線結束。在回風巷最外單體支柱旁安設一臺頂板動態儀，監測超前支承壓力影響下頂板移近速度。

回風巷內巷道圍巖變形采用在巷道頂底板及兩幫設置觀測基點。觀測儀器為鋼卷尺，在觀測區設置三個觀測站，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。巷道變形測站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ斷面距工作面分別為30m、50m、80m。

3 工作面礦壓觀測結果及分析

觀測時間從2020 年7 月31 日開始，整個觀測期間216-204W 工作面共推進50m。對觀測數據進行統計整理，分析工作面基本頂初次來壓和周期來壓步距與強度，支架工作阻力特征，超前支承壓力及巷道圍巖變形規律等指標。

3.1 基本頂初次來壓步距及強度

從圖2 中可以看出當216-204W 工作面推進至距開切眼20m 左右位置時，工作面三條測線的支柱阻力出現急劇變化，同時，在圖3 工作面推進至22m 時，頂底板移近量明顯增加，最大下沉量達到410mm，證明該時刻發生了基本頂的初次來壓，3 條測線來壓距離不同步，其中靠近回風巷15m 處初次來壓步距為20.3m，工作面中部初次來壓步距21.0m，靠近進風巷15m 外初次來壓步距為20.7m，216-204W 工作面初次來壓步距平均20.7m。

圖2 216-204W 采煤工作面支柱載荷與推進距離關系曲線

圖3 216-204W 采煤工作面每循環頂底板移近量與推進距離關系曲線

從來壓強度上分析，工作面中部支柱載荷明顯比兩端支柱載荷受力要大，最大載荷達到86.3kN，平均來壓載荷為63.9kN，初次來壓動載系數為2.14，持續時間2～3d。

3.2 基本頂周期來壓步距及強度

從圖2 中工作面支柱載荷與推進距離關系曲線分析得出216-204W 采煤工作面巷道中部周期來壓步距7.0～7.7m，平均7.3m。工作面靠近回風巷側周期來壓步距7.0～9.8m，平均8.4m。工作面靠近進風巷側周期來壓步距7.4～9.0m，平均8.1m。216-204W 采煤工作面平均來壓強度為57.31kN，動載系數為1.91，來壓持續時間1～2d。

3.3 超前支承壓力分布規律

從圖4 可以得出，216-204W 采煤工作面壓力隨工作面推進逐漸增大，當增加到一定值時又突然卸壓。通過現場觀測發現，由于底板強度偏低，無法承受頂板壓力，當支柱壓力增加到一定值時，底板破壞，導致壓力卸載，支柱載荷降低，隨著頂板的下沉，壓力并未出現繼續增加的趨勢。圖中還表明C16-2煤層采煤工作面進風巷比回風巷壓力峰值增加位置更遠，表明進風巷的超前支承壓力影響范圍更大，進風巷超前支護段最大壓力在12m 左右，回風巷超前支護段最大壓力在8m 左右。

圖4 216-204W 采煤工作面超前支護載荷隨采動變化曲線

3.4 采動影響下巷道變形

通過對巷道變形進行觀測來判斷采動影響對巷道的破壞范圍，從而確定超前支護段范圍。從圖5 分析來看，回采巷道受采動影響范圍為36m 左右，回風巷頂底板累計變形量比兩幫變形量要大，說明采動影響主要是對頂底板造成影響，影響范圍從22m 內開始急劇變化，超前支護控頂范圍最低不得小于20m。

圖5 工作面回風巷巷道累計變形量與工作面推進距離關系曲線

4 結論

根據以上分析得出，陸東煤礦C16-2煤層216-204W 采煤工作面礦壓顯現規律如下：

（1）工作面初次來壓步距上部為20.3m，中部21.0m，下部20.7m，平均20.7m，初次來壓期間最大載荷86.3kN，動載系數為2.14，持續時間2～3d。

（2）工作面周期來壓平均步距8.1m，平均來壓強度為57.31kN，動載系數為1.91，來壓持續時間1～2d。

（3）工作面超前支承壓力進風巷影響范圍更大，進風巷超前支護段最大壓力在12m 左右，回風巷超前支護段最大壓力在8m 左右。

（4）回采巷道受工作面采動最大影響范圍為36m，216-204W 工作面劇烈影響范圍為27m，超前支護范圍最低不小于20m。